兰州新区高含盐湿陷性黄土地基鼓胀机理分析

孙贤军 王斌

(1甘肃金厦建筑安装有限责任公司，甘肃 兰州730020；2甘肃建科技术试验检测有限责任公司，甘肃 兰州730020)

0 前言

兰州新区地基土主要为大厚度的湿陷性黄土。黄土的湿陷性与浸水有关，浸水后产生强烈下陷的地基变形危害，湿陷性与季节、温度无关，这是原生黄土的特性。然而兰州新区黄土中易溶盐含量高于一般黄土，但多数还达不到现行盐渍土规范的含盐量，因此其地基勘察报告一般按湿陷性黄土来定名。

近年来，兰州新区的多处工程出现地基强烈膨胀变形，这是以往工程没有遇到的问题，用以往的黄土地区工程经验无法解释这种膨胀现象。研究兰州新区高含盐黄土的工程特性以及工程处置措施，是必要的和紧迫的。

1 土样基本特性

对某工程场区内30个探井取原状土样进行室内常规试验[1]，对含水率、密度、压缩模量等常规试验指标进行测定，每个探井取样深度5m，分别间隔1m取样，土样总数150个，结果如表1。

表1 地基土常规试验统计

现场对0.3m～1.3m范围内土样进行含水量试验。表层0.3m土样含水量平均值22.12%，呈湿状；0.8m土样含水量平均值17.34%，呈稍湿状；1.3m土样含水量平均值15.5%，呈稍湿状。现场试验结果如表2。

表2 0.3m～1.3m土样含水量结果统计表

2 易熔盐含量测定

对场区代表性区域不同深度的易溶盐含量进行分析（见表3），布置探井5个，探井深度5.3m，取样点分别为0.3m、0.8m、1.3m、1.8m、2.3m、3.3m、3.8m、4.3m、4.8m、5.3m，绘制易溶盐含量随深度分布曲线图（见图1）。

表3 溶盐含量随深度变化试验统计

图1 易溶盐含量平均值随深度分布曲线

通过对不同深度易溶盐含量平均值的数理统计发现，该场地易溶盐含量随深度增加而降低，通过分布曲线可知，深度1.8m以下土体易溶盐含量低于盐渍土0.3%的标准[2]，因此在后期试验过程中主要对1.8m以上土体取样进行试验分析。

根据GB 50021-2001《岩土工程勘察规范》（2009 版）中关于盐渍土的定义：岩土中易溶盐含量大于0.3%，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，应判定为盐渍岩土。对于本场地浅表层土样易溶盐的试验结果如表4、表5。

表4 浅表层范围内易溶盐试验结果统计表

表5 浅表层范围内土样氯硫比结果统计表

通过对易溶盐试验数据进行统计，膨胀区浅表层易溶盐含量均大于0.3%，超过易溶盐含量标准，因此场地浅表层场地土判断为盐渍岩土。

易溶盐试验数据指标分析，所取土样中0.3m土样氯硫比小于0.3，0.8m部分土样氯硫比等于0.3，综合分析判断该场地病害区域盐渍土类型属于硫酸盐渍土或亚硫酸盐渍土。

根据易溶盐试验数据指标分析，硫酸及亚硫酸盐的平均含盐量占比位于0.3%～2.0%范围内，因此该场地病害区域场地土类型可定义为中盐渍土。

3 膨胀率试验结果统计及分析

该场区地基土膨胀严重区域含水量较高，0.3m土样含水量平均值22.12%，0.8m土样含水量平均值17.34%，1.3m土样含水量平均值15.5%，因此结合盐渍土盐胀机理，通过无荷载膨胀率试验测定含水量对盐胀病害的影响[3]。试验所用土样均采用重塑土样进行测定，通过对土样持续浸水来测定膨胀量随时间的变化情况，测定含水量变化对膨胀率的影响。试验对膨胀区浅表层进行取样试验，结果见图2所示。

图2 探井不同深度处试验结果

通过试验分析，易溶盐随深度的增加，含量逐渐降低，同一深度不同探井的易溶盐含量各不相同，呈岛状分布。膨胀率随含盐量增加而增加，土样易溶盐含量越大，土样膨胀率越大。其中，0.3m土样膨胀率小于0.8m土样膨胀率，这是由于该深度处土样位于灰土垫层，垫层中Ga2+所占百分比较大，导致其易溶盐含量较大，但膨胀率较小。由结果分析，盐渍土的膨胀率与地基土初始含水量和初始干密度存在一定的因果关系，当初始含水量一定时，土样膨胀率随初始干密度增加而增大；当初始干密度一定时，土样膨胀率随初始含水量的增加而减小，见图3。

根据膨胀率试验结果，土样膨胀率在0.2%～13.3%，其中0.3m土样膨胀率平均值2.8%，0.8m土样膨胀率平均值7.51%，1.3m土样膨胀率2.1%。膨胀量随浸水时间增加而增加，浸水两小时内膨胀量变化最大，呈线性增加，两小时后膨胀量增加缓慢，土样膨胀量与时间变化曲线趋于平缓。

通过膨胀率试验数据和易溶盐含量随深度变化统计结果，场地易溶盐含量和膨胀率均随深度增加而减小，1.3m以下土体膨胀率较小，产生的膨胀量可不予考虑，因此制定治理方案时建议治理深度为1.5～2m。

图3 土样膨胀量与时间变化曲线

4 膨胀区浅表层地基土离子含量分析

根据土样易溶盐试验结果，按取样深度（0.3m、0.8m、1.3m）依次统计，每深度选取44 个易溶盐试验进行统计。膨胀区域土层中各离子含量平均值分布如图4。

图4 土样离子含量平均值统计

根据易溶盐试验结果统计分析可得，该场地膨胀区土体中阳离子含量大小顺序为Ca2+＞Na++K+＞Mg2+，阴离子含量顺序SO42-＞CO32-＞HCO3-＞Cl-，其中，表层0.3m处土体的离子含量均高于其他土层的离子含量，尤其Ca2+含量比较明显，结合地坪工程做法分析认为，0.3m土样中Ca2+含量高于其他土样中Ca2+的主要原因是由于灰土垫层造成表层土样中Ca2+含量较高。

5 结论

1）通过对不同深度易溶盐含量平均值的数理统计发现，该场地易溶盐含量随深度增加而降低，通过分布曲线可知，深度1.8m以下土体易溶盐含量低于盐渍土0.3%的标准。

2）由易溶盐试验数据指标分析，硫酸及亚硫酸盐的平均含盐量占比位于0.3%～2.0%范围内，因此该场地病害区域场地土类型可定义为中盐渍土。

3）根据膨胀率试验结果，膨胀量随浸水时间增加而增加，在浸水两小时内膨胀量变化最大，呈线性增加，两小时后膨胀量增加缓慢，土样膨胀量与时间变化曲线趋于平缓。

4）通过膨胀率试验分析可知，膨胀率随含盐量增加而增加，土样易溶盐含量越大，土样膨胀率越大，其中，0.3m土样膨胀率小于0.8m土样膨胀率，这是由于该深度处土样位于灰土垫层，垫层中Ga2+所占百分比较大，导致其易溶盐含量较大，但膨胀率较小。

5）由试验结果分析，盐渍土的膨胀率与地基土初始含水量和初始干密度存在一定的因果关系，当初始含水量一定时，土样膨胀率随初始干密度增加而增大；当初始干密度一定时，土样膨胀率随初始含水量的增加而减小。结合硫酸盐盐渍土盐胀机理分析可知，硫酸盐盐渍土体积随含水量增加而增大。

通过膨胀率试验数据和易溶盐含量随深度变化统计结果，场地易溶盐含量和膨胀率均随深度增加而减小，1.3m以下土体膨胀率较小，产生的膨胀量可不予考虑，因此制定治理方案时建议治理深度为1.5～2m。